เหตุใดการควบคุมสนามแม่เหล็กอ่อนจึงจำเป็นสำหรับมอเตอร์ความเร็วสูง?

01. MTPA และ MTPV
มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรเป็นอุปกรณ์ขับเคลื่อนหลักของระบบขับเคลื่อนรถยนต์พลังงานใหม่ในประเทศจีน เป็นที่ทราบกันดีว่าที่ความเร็วต่ำ มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจะใช้การควบคุมอัตราส่วนกระแสแรงบิดสูงสุด ซึ่งหมายความว่าเมื่อกำหนดแรงบิดแล้ว จะใช้กระแสสังเคราะห์ต่ำสุดเพื่อให้ได้แรงบิดนั้น ซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียทองแดงให้น้อยที่สุด

ดังนั้นที่ความเร็วสูง เราไม่สามารถใช้เส้นโค้ง MTPA ในการควบคุมได้ เราต้องใช้ MTPV ซึ่งเป็นอัตราส่วนแรงบิดสูงสุดต่อแรงดันไฟฟ้าในการควบคุม กล่าวคือ ที่ความเร็วระดับหนึ่ง ให้มอเตอร์สร้างแรงบิดสูงสุด ตามแนวคิดของการควบคุมจริง เมื่อกำหนดแรงบิดแล้ว ความเร็วสูงสุดสามารถทำได้โดยการปรับ iq และ id ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าสะท้อนไปที่ไหน? เนื่องจากนี่คือความเร็วสูงสุด วงกลมจำกัดแรงดันไฟฟ้าจึงคงที่ การหาจุดแรงบิดสูงสุดทำได้โดยการหาจุดกำลังสูงสุดบนวงกลมจำกัดนี้เท่านั้น ซึ่งแตกต่างจาก MTPA

02. สภาพการขับขี่

โดยปกติ ณ จุดเปลี่ยนความเร็ว (หรือที่เรียกว่าความเร็วฐาน) สนามแม่เหล็กจะเริ่มอ่อนลง ซึ่งก็คือจุด A1 ในรูปต่อไปนี้ ดังนั้น ณ จุดนี้ แรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับทิศทางจะมีค่าค่อนข้างมาก หากสนามแม่เหล็กไม่ลดลงในเวลานี้ สมมติว่ารถเข็นถูกบังคับให้เพิ่มความเร็ว มันจะทำให้ iq กลายเป็นค่าลบ ไม่สามารถสร้างแรงบิดไปข้างหน้าได้ และถูกบังคับให้เข้าสู่สภาวะการสร้างพลังงาน แน่นอนว่า จุดนี้ไม่สามารถหาได้จากกราฟนี้ เพราะวงรีหดตัวลงและไม่สามารถคงอยู่ที่จุด A1 ได้ เราทำได้เพียงลด iq ไปตามวงรี เพิ่ม id และเข้าใกล้จุด A2 มากขึ้น

03. เงื่อนไขการผลิตพลังงาน

เหตุใดการผลิตกระแสไฟฟ้าจึงต้องใช้สนามแม่เหล็กอ่อนด้วย? ไม่ควรใช้สนามแม่เหล็กแรงสูงเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าที่ค่อนข้างสูงเมื่อผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยความเร็วสูงหรือ? นี่เป็นไปไม่ได้ เพราะที่ความเร็วสูง หากไม่มีสนามแม่เหล็กอ่อน แรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับทิศทาง แรงเคลื่อนไฟฟ้าของหม้อแปลง และแรงเคลื่อนไฟฟ้าของอิมพีแดนซ์อาจมีค่าสูงมาก เกินแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย ทำให้เกิดผลเสียร้ายแรง สถานการณ์เช่นนี้คือการผลิตกระแสไฟฟ้าแบบควบคุมไม่ได้ (SPO) ดังนั้น ในการผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยความเร็วสูง จึงต้องใช้สนามแม่เหล็กอ่อนด้วย เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าของอินเวอร์เตอร์ที่ผลิตได้สามารถควบคุมได้

เราสามารถวิเคราะห์ได้ สมมติว่าการเบรกเริ่มต้นที่จุดการทำงานความเร็วสูง B2 ซึ่งเป็นการเบรกแบบป้อนกลับ และเมื่อความเร็วลดลง ก็ไม่จำเป็นต้องใช้สนามแม่เหล็กอ่อน ในที่สุด ที่จุด B1 ค่า iq และ id สามารถคงที่ได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อความเร็วลดลง ค่า iq ติดลบที่เกิดจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบย้อนกลับจะไม่เพียงพอมากขึ้นเรื่อยๆ ณ จุดนี้ จำเป็นต้องมีการชดเชยพลังงานเพื่อเข้าสู่การเบรกแบบใช้พลังงาน

04. บทสรุป

ในช่วงเริ่มต้นของการเรียนรู้เกี่ยวกับมอเตอร์ไฟฟ้า เรามักจะถูกห้อมล้อมด้วยสองสถานการณ์หลัก คือ การขับเคลื่อนและการผลิตกระแสไฟฟ้า ที่จริงแล้ว เราควรจดจำวงจร MTPA และ MTPV ไว้ในสมองก่อน และตระหนักว่า iq และ id ในขณะนี้เป็นค่าสัมบูรณ์ที่ได้มาจากการพิจารณาแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบย้อนกลับ

ดังนั้น สำหรับคำถามที่ว่า iq และ id ส่วนใหญ่เกิดจากแหล่งจ่ายไฟหรือจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบย้อนกลับนั้น ขึ้นอยู่กับอินเวอร์เตอร์ในการควบคุม iq และ id ก็มีข้อจำกัดเช่นกัน และการควบคุมต้องไม่เกินสองรอบ หากเกินขีดจำกัดกระแสในรอบที่กำหนด IGBT จะเสียหาย หากเกินขีดจำกัดแรงดันในรอบที่กำหนด แหล่งจ่ายไฟจะเสียหาย

ในกระบวนการปรับแต่ง ค่า iq และ id ของเป้าหมาย รวมถึงค่า iq และ id ที่แท้จริงนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง ดังนั้น ในทางวิศวกรรมจึงใช้วิธีการสอบเทียบเพื่อปรับอัตราส่วนการจัดสรรค่า iq และ id ที่เหมาะสมที่ความเร็วและแรงบิดเป้าหมายต่างๆ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด จะเห็นได้ว่าหลังจากพิจารณาอย่างถี่ถ้วนแล้ว การตัดสินใจขั้นสุดท้ายยังคงขึ้นอยู่กับการสอบเทียบทางวิศวกรรม